阅读说明：本技术 一种地下岩土热工参数检测系统及检测方法 (A kind of underground ground thermal parameter detection system and detection method ) 是由 陈凤君 邹明霞 王继胜 杜海滨 申瑞杰 于 2019-09-10 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种地下岩土热工参数检测系统及检测方法,检测系统包括检测装置和地埋管换热器,检测装置包括柜体、电加热器组、热量表和循环水泵,电加热器组的输入端口通过第一管路与第一快速管接头连接,电加热器组的输出端口通过第二管路与第二快速管接头连接,热量表设置在第一管路和第二管路之间,循环水泵设置在第二管路上,地埋管换热器埋设于地下,地埋管换热器的输出端口和输入端口对应设有第三快速管接头和第四快速管接头,第三快速管接头和第四快速管接头对应与第一快速管接头和第二快速管接头连接,其具有结构简单、操控方便、安全可靠、实用性强的优点；检测方法具有工艺简单、实现容易、检测数据可靠的优点。(The present invention relates to a kind of underground ground thermal parameter detection system and detection methods, detection system includes detection device and ground heat exchanger, detection device includes cabinet body, electric heater group, calorimeter and water circulating pump, the input port of electric heater group is connect by the first pipeline with the first quick coupling, the output port of electric heater group is connect by the second pipeline with the second quick coupling, calorimeter is arranged between the first pipeline and the second pipeline, water circulating pump is arranged on the second pipeline, ground heat exchanger is embedded in underground, the output port and input port of ground heat exchanger are correspondingly provided with third quick coupling and the 4th quick coupling, third quick coupling and the 4th quick coupling correspondence are connect with the first quick coupling and the second quick coupling, it is simple with structure, manipulation is convenient, securely and reliably, it is practical The strong advantage of property；Detection method has the advantages that simple process, realizes that easy, detection data is reliable.)

一种地下岩土热工参数检测系统及检测方法

技术领域

本发明涉及一种地质检测装置，具体涉及一种地下岩土热工参数检测系统，以及检测地下岩土热工参数的方法。

背景技术

在节能减排政策的引导下，地热能因具有可循环再生、储量巨大、就近利用等优点，推动了地源热泵系统的快速发展和应用。地下岩土的热工参数是设计地源热泵系统的重要依据。不同地区的地质特性存在着较大差异，即使同一种岩土成分其热工参数也可能不同。因此，设计依据的参数是否与实际的地下岩土热工参数相符，直接决定着地源热泵系统的性能优劣和成本。目前本领域在设计地源热泵系统时，所依据的地质特性多为经验数据，并采用换热量概算的方法得到地埋管换热器的设计孔数。采用这种方式设计的地源热泵系统往往与实际需求不符，要么系统体量较大，增大了成本，造成了资源浪费，要么系统体量较小，致使性能不足。还有部分地源热泵系统在设计时采用试验数据，即在试验中保持进水温度一定，由测得的流量和回水温度得到回路中的换热量，其直接将每米钻孔的传热量作为设计地埋管换热器总长度的依据。采用这一方式设计的地源热泵系统同样存着与实际需求不符的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种地下岩土热工参数检测系统及检测方法，检测系统具有结构简单、操控方便、安全可靠、实用性强的优点；检测方法具有工艺简单、实现容易、检测数据可靠的优点。

为解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种地下岩土热工参数检测系统，包括检测装置和地埋管换热器，所述检测装置包括柜体和设置于柜体中的电加热器组、热量表和循环水泵，所述电加热器组的输入端口通过第一管路与设置在柜体上的第一快速管接头连接，电加热器组的输出端口通过第二管路与设置在柜体上的第二快速管接头连接，所述热量表设置在第一管路和第二管路之间，所述循环水泵设置在电加热器组和热量表之间的第二管路上，所述地埋管换热器埋设于地下，地埋管换热器的输出端口和输入端口对应设有第三快速管接头和第四快速管接头，第三快速管接头和第四快速管接头分别通过连接管对应与第一快速管接头和第二快速管接头连接。

进一步的，本发明一种地下岩土热工参数检测系统，其中，所述地埋管换热器的输入端口和输出端口对应设有第一温度传感器和第二温度传感器；所述电加热器组和热量表之间的第一管路上设有第三温度传感器，电加热器组和循环水泵之间的第二管路上设有第四温度传感器。

进一步的，本发明一种地下岩土热工参数检测系统，其中，所述第三温度传感器和热量表之间的第一管路上设有定压罐；所述定压罐和热量表之间的第一管路上设有流量开关。

进一步的，本发明一种地下岩土热工参数检测系统，其中，所述第三温度传感器和定压罐之间的第一管路上设有安全阀，第三温度传感器和电加热器组之间的第一管路上设有压力传感器。

进一步的，本发明一种地下岩土热工参数检测系统，其中，所述第三温度传感器和安全阀之间的第一管路上设有注水阀；所述压力传感器和电加热器组之间的第一管路上设有第一排气阀；所述热量表和第二快速管接头之间的第二管路上设有第二排气阀。

进一步的，本发明一种地下岩土热工参数检测系统，还包括控制装置，所述电加热器组、热量表、循环水泵、第一温度传感器、第二温度传感器、第三温度传感器、第四温度传感器、流量开关和压力传感器分别与控制装置连接。

进一步的，本发明一种地下岩土热工参数检测系统，其中，所述柜体的前侧壁上分别设有与控制装置连接的触摸显示屏、启动按钮和工作指示灯。

进一步的，本发明一种地下岩土热工参数检测系统，其中，所述柜体的底部设有带锁止功能的滚轮装置，柜体的顶部设有吊环，柜体的一侧壁上设有散热格栅。

进一步的，本发明一种地下岩土热工参数检测系统，其中，所述地埋管换热器为U型管换热器、双U型管换热器或W型换热器。

本发明一种利用上述检测系统检测地下岩土热工参数的方法，包括以下步骤：

一、检测系统布置：

1)将检测装置和地埋管换热器运至检测现场；选取检测点并采用钻孔设备设置试验井；

2)采用下管设备将地埋管换热器置于试验井中，并对试验井进行回填；

3)经过设定时间的凉井后，使用连接管将地埋管换热器的第三快速管接头和第四快速管接头对应与检测装置的第一快速管接头和第二快速管接头连接；

二、数据采集和计算：

4)启动系统，使循环水泵运行，并使电加热器组停止，当t1-t2≤Δt时，计算t1和t2的平均值并作为地下岩土的初始温度；其中，t1由第一温度传感器(23)检测得到，t2由第二温度传感器检测得到；

5)设定起止时间、检测频率和电加热器组的功率后，启动电加热器组，并记录第一温度传感器的检测值T1、第二温度传感器的检测值T2、第三温度传感器的检测值T3、第四温度传感器的检测值T4以及逐时流量、逐时加热量和累计加热量；

6)根据起止时间、检测频率、逐时流量、逐时加热量、累计加热量以及T1、T2、T3和T4计算得到地下岩土的导热系数和热阻；

所述检测频率是指记录数据的频率，所述逐时流量是指检测系统管路中每小时的水流量，所述逐时加热量是指电加热器组每小时的加热量，所述累计加热量是指在电加热器组的累计加热量。

本发明一种地下岩土热工参数检测系统及检测方法与现有技术相比，具有以下优点：本发明通过设置检测装置和地埋管换热器，使检测装置设置柜体和处于柜体中的电加热器组、热量表和循环水泵，让电加热器组的输入端口通过第一管路与设置在柜体上的第一快速管接头连接，让电加热器组的输出端口通过第二管路与设置在柜体上的第二快速管接头连接，将热量表设置在第一管路和第二管路之间，将循环水泵设置在电加热器组和热量表之间的第二管路上，将地埋管换热器埋设于地下，并在地埋管换热器的输出端口和输入端口对应设置第三快速管接头和第四快速管接头，使第三快速管接头和第四快速管接头分别通过连接管对应与第一快速管接头和第二快速管接头连接。由此就构成了一种结构简单、操控方便、安全可靠、实用性强的地下岩土热工参数检测系统。在实际应用中，启动系统后，让循环水泵运行，让电加热器组暂不开启，待系统流量稳定后通过检测地埋管换热器输入端口和输出端口的温度，计算两者的平均值即可作为地下岩土的初始温度参数；设定起止时间(检测周期)、记录数据频率和电加热器组的功率后启动电加热器组，检测并记录地埋管换热器输入端口和输出端口的温度、电加热器组输入端口和输出端口的温度、系统管路每小时的水流量、电加热器组每小时的加热量以及累计加热量，根据以上各项检测的数据即可计算得出地下岩土的导热系数和热阻等参数。本发明通过检测项目现场地下岩土的初始温度、导热系数和热阻等热工参数，可使依据该地下岩土热工参数设计的地源热泵系统更加贴合实际需求。通过将检测部件及相应管路集成在检测装置中，降低了系统布置和操作难度，提高了工作效率；通过设置由多个电加热器构成的电加热器组，可灵活设置其加热功率，增强了系统的灵活性和适用性。

下面结合附图所示

具体实施方式

对本发明一种地下岩土热工参数检测系统及检测方法作进一步详细说明。

附图说明

图1为本发明一种地下岩土热工参数检测系统的整体结构示意图；

图2为本发明一种地下岩土热工参数检测系统中检测装置的正视图；

图3为本发明一种地下岩土热工参数检测系统中检测装置的右视图。

具体实施方式

首先需要说明的，本发明中所述的上、下、左、右、前、后等方位词只是根据附图进行的描述，以便于理解，并非对本发明的技术方案以及请求保护范围进行的限制。

如图1至图3所示本发明一种地下岩土热工参数检测系统的具体实施方式，包括检测装置1和地埋管换热器2。让检测装置1设置柜体3和处于柜体3中的电加热器组4、热量表5和循环水泵6。使电加热器组4的输入端口通过第一管路7与设置在柜体3上的第一快速管接头31连接，使电加热器组4的输出端口通过第二管路8与设置在柜体3上的第二快速管接头32连接。将热量表5设置在第一管路7和第二管路8之间，将循环水泵6设置在电加热器组4和热量表5之间的第二管路8上。将地埋管换热器2埋设于地下，在地埋管换热器2的输出端口和输入端口对应设置第三快速管接头21和第四快速管接头22，并使第三快速管接头21和第四快速管接头22分别通过连接管对应与第一快速管接头31和第二快速管接头32连接。通过以上结构设置就构成了一种结构简单、操控方便、安全可靠、实用性强的地下岩土热工参数检测系统。在实际应用中，启动系统后，让循环水泵6运行，让电加热器组4暂不开启，待系统流量稳定后通过检测地埋管换热器2输入端口和输出端口的温度，计算两者的平均值即可作为地下岩土的初始温度参数；设定起止时间(检测周期)、记录数据频率和电加热器组4的功率后启动电加热器组4，检测并记录地埋管换热器2输入端口和输出端口的温度、电加热器组4输入端口和输出端口的温度、系统管路每小时的水流量、电加热器组4每小时的加热量以及累计加热量，根据以上各项检测的数据即可计算得出地下岩土的导热系数和热阻等参数。本发明通过检测项目现场地下岩土的初始温度、导热系数和热阻等热工参数，可使依据该地下岩土热工参数设计的地源热泵系统更加贴合实际需求。通过将检测部件及相应管路集成在检测装置1中，降低了系统布置和操作难度，提高了工作效率；通过设置由多个电加热器构成的电加热器组4，可灵活设置其加热功率，增强了系统的灵活性和适用性。需要说明的是，所述热量表5为本领域的一种常用计量仪表，热量表中设有流量计、上行管(第一管路)温度传感器Ta和下行管(第二管路)温度传感器Tb，根据流量计、温度传感器Ta和温度传感器Tb的检测信号并利用内置的计算公式即可算出热交换系统获得的热量，其中的流量计可检测出循环管路中的流量。

作为优化方案，本具体实施方式在地埋管换热器2的输入端口和输出端口对应设置了第一温度传感器23和第二温度传感器24，在电加热器组4和热量表5之间的第一管路7上设置了第三温度传感器71，在电加热器组4和循环水泵6之间的第二管路8上设置了第四温度传感器81。通过第一温度传感器23和第二温度传感器24可实时检测地埋管换热器2输入端口和输出端口的温度，通过第三温度传感器71和第四温度传感器81可实时检测电加热器组4输入端口和输出端口的温度。同时，本具体实施方式通过在第三温度传感器71和热量表5之间的第一管路7上设置定压罐72，增强了系统运行的稳定性；通过在定压罐72和热量表5之间的第一管路7上设置流量开关73，当流量超过预设的范围时触发报警信号，可使系统作出相应的调整，增强了系统的稳定性。为增强系统的安全性，本具体实施方式在第三温度传感器71和定压罐72之间的第一管路7上设置了安全阀74，当系统管路中的压力超过允许值通过安全阀74可实现自动泄压，并在第三温度传感器71和电加热器组4之间的第一管路7上设置压力传感器75，以便实时检测系统管路中的压力。

作为具体实施方式，为便于注/排水，本发明在第三温度传感器71和安全阀74之间的第一管路7上设置了注水阀76。为避免系统管路中出现气泡，本具体实施方式在压力传感器75和电加热器组4之间的第一管路7上设置了第一排气阀77，在热量表5和第二快速管接头32之间的第二管路8上设置了第二排气阀82，通过第一排气阀77和第二排气阀82可自动排放系统管路中的空气，提高了系统运行的稳定性和安全性。

需要说明的，在实际应用中，本发明在检测装置1中设置了控制装置(图中未示出)，并使电加热器组4、热量表5、循环水泵6、第一温度传感器23、第二温度传感器24、第三温度传感器71、第四温度传感器81、流量开关73和压力传感器75分别与控制装置连接，以实现自动控制。为提高参数设置和操作的便利性，本发明在柜体3的前侧壁上分别设置了与控制装置连接的触摸显示屏33、启动按钮34和工作指示灯35。为提高移动和运输的便利性，本发明在柜体3的底部设置了带锁止功能的滚轮装置36，在柜体3的顶部设置了吊环37，为使柜体内部得到充分通风散热，还在柜体3的一侧壁上设置散热格栅38。另外，需要指出的是，本发明中的地埋管换热器2可采用U型管换热器、双U型管换热器或W型换热器等多种结构形式。

基于同一构思，本发明还提供了一种利用上述检测系统检测地下岩土热工参数的方法，具体包括以下步骤：

一、检测系统布置：

1)将检测装置1和地埋管换热器2运至检测现场；选取检测点并采用钻孔设备进行打孔，以便设置试验井。检测现场是指拟设置地源热泵系统的地点。

2)采用下管设备将地埋管换热器2置于试验井中，并对试验井进行回填。下管前后应对地埋管换热器2进行压力测试，以保证其完好无损，避免返工。

3)经过设定时间的凉井后，使用连接管将地埋管换热器2的第三快速管接头21和第四快速管接头22对应与检测装置1的第一快速管接头31和第二快速管接头32连接。因打孔施工会在一定程度上破坏地下岩土的原始温度场，本发明通常让回填后的试验井凉井48小时以上，以使其恢复原始温度场，保证检测数据的可靠性。检测装置1和地埋管换热器2连接后还应再次进行压力测试，以保证整个系统循环回路不会漏水。

二、数据采集和计算：

4)启动系统，使循环水泵6运行，并使电加热器组4停止，当t1-t2≤Δt时，计算t1和t2的平均值并作为地下岩土的初始温度。其中，t1由第一温度传感器23检测得到，t2由第二温度传感器24检测得到。在实际应用中，本发明通常Δt设置于1～3℃，此时系统经过短时间运行后循环回路中的流量趋于稳定，t1和t2的平均值与地下岩土的实际初始温度较为贴合。

5)设定起止时间、检测频率和电加热器组4的功率后，启动电加热器组4，并记录第一温度传感器23的检测值T1、第二温度传感器24的检测值T2、第三温度传感器71的检测值T3、第四温度传感器81的检测值T4以及逐时流量、逐时加热量和累计加热量。

6)根据起止时间、检测频率、逐时流量、逐时加热量、累计加热量以及T1、T2、T3和T4计算得到地下岩土的导热系数和热阻。

其中，检测频率是指记录数据的频率，逐时流量是指检测系统管路中每小时的水流量，逐时加热量是指电加热器组每小时的加热量，累计加热量是指在电加热器组的累计加热量。

需要指出的是，在步骤6)中所述根据起止时间、检测频率、逐时流量、逐时加热量、累计加热量以及T1、T2、T3和T4计算得到地下岩土的导热系数和热阻，是利用本领域内常用的岩土热响应计算软件、岩土综合热物性计算软件或地下岩土热工参数计算软件等进行分析计算的，属于本领域的常规技术手段，在此不再赘述。

以上实施例仅是对本发明的优选实施方式进行的描述，并非对本发明请求保护范围进行限定，在不脱离本发明设计构思的前提下，本领域技术人员依据本发明的技术方案做出的各种变形，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。